Pflanzenforschung: Wer Feinde abwehrt, gedeiht schlechter

Wenn bei Weizen mit Chemikalien das Abwehrsystem aktiviert wird, schmälert das den Ertrag. Die behandelten Pflanzen (links) haben weniger Seitentriebe und Ähren als die unbehandelten (rechts). In jedem Topf befinden sich sieben Pflanzen. <br>Foto: Heil

Viele Pflanzen produzieren besondere Abwehrstoffe, sobald sie von Insekten angefressen oder von Krankheitserregern befallen werden. Diese natürliche Verteidigung lässt sich dazu nutzen, um Kulturpflanzen resistent zu machen. Doch hiervor warnen Biologen aus Würzburg und Jena: Diese Art der Resistenz sei mit deutlich geringeren Erträgen verbunden, wie die Forscher in der jüngsten Ausgabe des Fachblatts „Trends in Plant Science“ berichten.

Die wild wachsenden Vorfahren der Nutz- und Zierpflanzen wehren sich meist recht erfolgreich gegen Feinde: Sie produzieren Giftstoffe, die oft bitter schmecken und den Konsumenten sogar töten können. Allerdings kostet das Energie und Rohstoffe, die dann wiederum beim Wachstum und der Fruchtproduktion fehlen. Darum bringen derart wehrhafte Pflanzen niedrigere Erträge.

Die Nutzpflanzenzucht der vergangenen Jahrtausende hat aus den Wildformen schnell wachsende und ertragreiche, dafür aber wehrlose Pflanzen hervorgebracht. Notwendige Konsequenz: Ein immer stärkerer Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln mit all seinen Folgen.

Darum interessieren sich Wissenschaftler für ein weiteres Verteidigungssystem: Viele Pflanzen produzieren nämlich erst dann Abwehrsubstanzen, wenn sie erstmals von einem Insekt oder einem Krankheitserreger befallen wurden. Danach sind sie gegen weitere Angriffe geschützt.

Inzwischen wurden sogar Stoffe gefunden, die diese spezielle Form der Abwehr auslösen können: Sie sind selbst ungiftig, können auf Feldern versprüht werden und die Resistenz der Pflanzen aktivieren. Alternativ dazu wird versucht, mit Hilfe der Gentechnologie Pflanzen zu züchten, bei denen diese biologische Abwehr von vornherein aktiv ist. Dahinter steht die Hoffnung, künftig auf giftige Mittel zur Schädlingsbekämpfung verzichten zu können.

Die Ökologen Dr. Martin Heil vom Lehrstuhl für Tierökologie und Tropenbiologie der Universität Würzburg und Prof. Dr. Ian Baldwin vom Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie in Jena warnen jedoch vor negativen Konsequenzen: Schließlich muss die Pflanze auch für diese Abwehrform Energie und Substanzen aufwenden, und das würde wiederum ihr Wachstum drosseln.

Um herauszufinden, ob diese Annahme stimmt, experimentiert Dr. Heil seit einigen Jahren mit Weizen. Er baute das Getreide in sandiger Erde in Töpfen an und aktivierte dann die Resistenz gegen Krankheitserreger. Darauf hin war der Ertrag um mehr als die Hälfte geringer als bei unbehandelten Pflanzen. Deutlich schwächer war der Effekt bei Weizen, der in einer nährstoffreicheren Erde wurzelte. Dr. Heil: „Das bestätigt unsere Kosten-Hypothese: Pflanzen, bei denen das Wachstum durch Nährstoffmangel sowieso schon begrenzt ist, leiden besonders stark unter der aktivierten Abwehr – zumal diese ja ohne Nutzen ist, so lange keine Schädlinge vorhanden sind.“

Der Forscher schränkt aber ein: Für die Studien wurden chemische Substanzen verwendet, um die Abwehr der Pflanzen in Gang zu bringen. Unklar sei, ob damit nicht andere, von der Abwehr unabhängige Effekte mit beeinflusst wurden, die das Wachstum unterdrückten.

Im Fachblatt „Trends in Plant Science“ legen Heil und Baldwin weitere Belege für ihre Vermutung vor. Beispiel: Die zahlreichen Mutanten der Ackerschmalwand (Arabidopsis). Die meisten der besonders stark oder dauerhaft resistenten Formen dieser genetischen Modellpflanze bleiben kleiner oder produzieren weniger Samen als die unveränderten Formen. Umgekehrt seien andere Arabidopsis-Formen und eine Variante der Kartoffel bekannt, bei denen die Abwehr nicht mehr aktiviert werden kann. Diese Pflanzen wachsen ebenso gut, manche sogar besser als die normalen Formen. Die weniger resistente Kartoffelpflanze produziert zudem größere Knollen.

Fazit: Eine verringerte Abwehr erhöht Wachstumsrate und Ertrag, bringt aber das Problem der Anfälligkeit. Dagegen verkleinert eine aktivierte Abwehr den Ertrag. Die meisten der vorliegenden Befunde wurden unter Laborbedingungen an Modellpflanzen erzielt. Dr. Heil: „Es bleibt zu prüfen, inwieweit diese Ergebnisse praktische Bedeutung für den Pflanzenbau haben. Eventuell lassen sich die höheren Kosten für die Abwehr ja durch Düngung ausgleichen“.

Martin Heil und Ian T. Baldwin: „Fitness costs of induced resistance: emerging experimental support for a slippery concept“, Trends in Plant Science, Vol. 7, Nr. 2, Februar 2002, Seiten 61 – 67.

Hinweis für Redaktionen/Journalisten:

Weitere Informationen erhalten Sie bei Dr. Martin Heil, T (0931) 888-4378. Er ist unter dieser Würzburger Nummer heute und morgen (7. und 8. Februar) zu erreichen, danach am Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie in Jena, wo er seit kurzem tätig ist: T (0 36 41) 57 12 67, E-Mail: 
Heil_Martin@web.de

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Robert Emmerich idw

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